具有语音播报功能的超声波液位测量系统设计
编者按：超声波测距相比于其它测距方法，具有非接触、高精度、价格低、使用方便等优越性。针对实际应用的需要，设计了一种以单片机为主控芯片的具有语音实时播报和无线收发功能的超声波液位计系统。首先介绍了超声波测距原理，然后设计了系统硬件、系统方案及各个电路模块，包括发射电路、接收电路、语音播报电路、无线收发电路等，其次设计了系统软件程序。最后进行了系统测试。测试结果表明在加入温度补偿后测量精度可以达到0.8%，语音播报和无线收发稳定。
由公式(3)算出的并不是实际的换能器与液面间的距离，换能器和液面的实际距离应为：
(4)式中x为两换能器之间的距离，实际工程中x一般为3-5㎝。
在不同的工业现场存在温度的差异，温度对超声波传播速度影响甚大，因此需对系统进行温度补偿调整，式中T为现场温度。
根据下式可计算出需测量的液位高度
在具体工程设计中，须考虑盲区对系统测量范围的影响。在双探头换能器工作方式下，发射电压不直接施加发射探头，因此，从理论上来说无盲区存在。但是接收电路会受到发射电路影响，且发射探头所发出的超声波可能有部分直接绕射到接收探头，在实际工程中依旧存在盲区。改善的措施有：减少发射波串的长度，提高发射波频率，减小波长，采用喇叭口形的聚波器。
测距仪的测量盲区与发射脉冲宽度和信号的发射能量有关。随着脉冲宽度变窄，盲区跟着减小，同时也减小了发射能量;相反，脉冲宽度增加，测量精度会降低，同时盲区将增大。本设计综合信号发射能量与测量盲区两方面因素，选用8个40kHz脉冲方波发射的脉冲宽度。这时，测量盲区和信号发射能量都比较适中，系统达到最优。
本系统中发射周期为30ms，发射10μs的TTL触发信号，然后由模块内部发送8个脉冲后，停止发射，等待回波。若在30ms内收到回波，则引起中断，进入中断程序;若30ms内没有收到回波，则重新发送。时序图为图3。这样可避免测量盲区，以及回波过早到达引起的干扰。
2 硬件实现及单元电路设计
2.1 超声波液位测量系统硬件框图
超声波液位测量系统硬件系统划分为：电源电路、单片机控制电路、超声波发射电路、接收电路、数码管显示电路、按键电路、语音实时播报模块和无线收发模块。
加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码
